Revisar a alteração do IP alocado do CPE em cada restabelecimento do portador de rádio

Introdução

Este documento descreve a alteração de IP alocado inesperada quando o Customer Premises Equipment (CPE) tenta restabelecer o transmissor de rádio.

Pré-requisitos 

Requisitos

A Cisco recomenda que você tenha conhecimento destes tópicos:

• Evolução a longo prazo (LTE)
• Serviço de rádio de pacote geral (GPRS - General Packet Radio Service)
• Rede de Acesso Rádio Terrestre (E-UTRAN)

Componentes Utilizados

Este documento não se restringe a versões de software e hardware específicas.

As informações neste documento foram criadas a partir de dispositivos em um ambiente de laboratório específico. Todos os dispositivos utilizados neste documento foram iniciados com uma configuração (padrão) inicial. Se a rede estiver ativa, certifique-se de que você entenda o impacto potencial de qualquer comando.

Informações de Apoio

Nesse caso, CPE são modems implantados para fornecer serviços LTE (Home Broadband, banda larga residencial) fixos. No entanto, as informações e o cenário descritos neste artigo também podem ser aplicados a telefones celulares.

Problema

Cada vez que o CPE tenta restabelecer o portador de rádio, o MME envia uma solicitação de criação de sessão com um EPS Bearer ID (EBI) diferente do estabelecido anteriormente. Isso está fazendo com que o CPE IP atribuído pelo PGW seja alterado.

Análise Realizada

Fluxo de chamada analisado

1. Focalizando em UEContextReleaseRequest, uma vez que a conexão de sinalização entre o MME e o eNodeB para um CPE específico é liberada, o MME exclui qualquer informação relacionada ao eNodeB (Endereço eNodeB em uso para S1-MME, ID do AP MME UE S1 e ID do AP eNB UE S1). No entanto, o retém o restante do contexto CPE MME; incluindo as informações de configuração S1-U S-GW (endereço e TEIDs).

Frame 74        2022-05-31 08:48:14.866        10.30.50.36           10.125.230.100        S1AP        UEContextReleaseRequest [RadioNetwork-cause=user-inactivity]
Frame 75        2022-05-31 08:48:14.866        10.125.231.104        10.125.231.105        GTPv2       Release Access Bearers Request
Frame 77        2022-05-31 08:48:14.866        10.125.231.105        10.125.231.104        GTPv2       Release Access Bearers Response
Frame 79        2022-05-31 08:48:14.867        10.125.230.100        10.30.50.36           S1AP        UEContextReleaseCommand [RadioNetwork-cause=user-inactivity]

Neste ponto, com base no 3GPP TS 23.401, 5.3.5 S1 release procedure:

• All non-GBR EPS bearers established for the UE are preserved in the MME and in the Serving GW

• If the cause of the S1 release is because of User Inactivity, Inter-RAT Redirection, the MME shall preserve the GBR bearers.

As duas instruções significam que o CPE ainda tem uma conexão PDN estabelecida e está registrado na rede (o portador padrão ainda está presente no MME, SGW e PGW; somente recursos de rádio foram liberados). Como o CPE ainda está registrado em uma rede, mas sua conexão S1 foi liberada devido à inatividade, o CPE não tem recursos de rádio disponíveis. Isso significa que o CPE está no estado EMM-REGISTERED, mas ECM-IDLE.

2. Com base no 3GPP TS 23.401, quando o CPE nos estados EMM-REGISTERED e ECM-IDLE tiver novo tráfego para enviar, mas não houver recursos de rádio disponíveis, ele deverá enviar um procedimento de Solicitação de Serviço. Ao enviar a mensagem de solicitação de serviço, a conectividade S1 é restabelecida, mas o EBI e o IP atribuídos pelo PGW não são modificados.

3GPP TS 23.401 General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access 
ECM-IDLE
[…]
In the EMM-REGISTERED and ECM-IDLE state, the UE shall:
- answer to paging from the MME by performing a service request procedure.
[…]
- perform the service request procedure in order to establish the radio bearers when uplink user data is to be sent.

Extraído de 3GPP TS 23.401

Nesse caso, quando o CPE precisa estabelecer novamente transmissores de rádio, ele envia uma mensagem Attach Request em vez de uma Service Request:

Frame 74        2022-05-31 08:48:14.866        10.30.50.36           10.125.230.100        S1AP                    UEContextReleaseRequest [RadioNetwork-cause=user-inactivity]
Frame 75        2022-05-31 08:48:14.866        10.125.231.104        10.125.231.105        GTPv2                   Release Access Bearers Request
Frame 77        2022-05-31 08:48:14.866        10.125.231.105        10.125.231.104        GTPv2                   Release Access Bearers Response
Frame 79        2022-05-31 08:48:14.867        10.125.230.100        10.30.50.36           S1AP                    UEContextReleaseCommand [RadioNetwork-cause=user-inactivity]
Frame 80        2022-05-31 08:48:21.813        10.30.50.36           10.125.230.100        S1AP/NAS-EPS            InitialUEMessage, Attach request, PDN connectivity request

3. Considere o 3GPP TS 23.401 onde o Anexo Inicial E-UTRAN é descrito:

Extraído de 3GPP TS 23.401

E-UTRAN Initial Attach
[…]
7. If there are active bearer contexts in the new MME for this particular UE (i.e. the UE re-attaches to the same MME without having properly detached before), the new MME deletes these bearer contexts by sending Delete Session Request (LBI) messages to the GWs involved. 
The GWs acknowledge with Delete Session Response (Cause) message. If a PCRF is deployed, the PDN GW employs an IP-CAN Session Termination procedure to indicate that resources have been released. 

Como o MME recebe uma solicitação de anexo inesperada do eNB, ele exclui o portador padrão que foi estabelecido anteriormente (durante UEContextReleaseRequest no quadro 74, apenas recursos de rádio foram liberados, a conexão PDN ainda foi estabelecida após esse ponto) enviando mensagens de solicitação de exclusão de sessão ao SGW e ao PGW envolvidos. Os GWs confirmam com uma mensagem Delete Session Response:

Frame 87        2022-05-31 08:48:22.108        10.125.231.104        10.125.231.105        GTPv2         EBI=10        Delete Session Request
Frame 89        2022-05-31 08:48:22.108        10.125.232.106        10.125.232.107        GTPv2         EBI=10        Delete Session Request
Frame 91        2022-05-31 08:48:22.109        10.125.232.107        10.125.232.106        GTPv2                       Delete Session Response
Frame 93        2022-05-31 08:48:22.110        10.125.231.105        10.125.231.104        GTPv2                       Delete Session Response

4. Com base no procedimento de Anexo Inicial E-UTRAN, depois que a Solicitação/Resposta de Exclusão de Sessão for processada, o MME enviará uma Solicitação de Criação de Sessão ao SGW alocando um novo EBI e o PGW atribuirá um IP diferente ao CPE para esse novo EBI :

Frame 87        2022-05-31 08:48:22.108        10.125.231.104       10.125.231.105        GTPv2         EBI=10        Delete Session Request
Frame 89        2022-05-31 08:48:22.108        10.125.232.106       10.125.232.107        GTPv2         EBI=10        Delete Session Request
Frame 91        2022-05-31 08:48:22.109        10.125.232.107       10.125.232.106        GTPv2                       Delete Session Response
Frame 93        2022-05-31 08:48:22.110        10.125.231.105       10.125.231.104        GTPv2                       Delete Session Response
Frame 95        2022-05-31 08:48:22.112        10.125.231.104       10.125.231.105        GTPv2         EBI=9         Create Session Request
Frame 97        2022-05-31 08:48:22.114        10.125.232.106       10.125.232.107        GTPv2         EBI=9         Create Session Request
Frame 100       2022-05-31 13:48:22.121        10.125.232.107       10.125.232.106        GTPv2         EBI=9         Create Session Response/Create Bearer Request
                                                                                                                      PDN Address and Prefix(IPv4): 10.62.135.145

Solução

O CPE não está se comportando conforme os padrões 3GPP. Como o eNB inicia o procedimento de liberação do S1 devido à inatividade do usuário, quando o CPE tenta restabelecer os transmissores de rádio, ele deve enviar uma mensagem de solicitação de serviço. No entanto, o CPE envia uma solicitação de anexo.

O portador padrão é estabelecido quando o UE se conecta a um PDN e permanece estabelecido durante toda a vida da conexão PDN para fornecer ao UE conectividade sempre ativa a esse PDN. Como o CPE envia uma nova solicitação de anexação, o MME está em conformidade com a especificação 3GPP TS 23.401 que encerra a conexão PDN enviando a Solicitação de Exclusão de Sessão; portanto, o portador padrão com EBI=10 é excluído. Quando o MME envia uma nova Solicitação de Criação de Sessão, o novo portador padrão pode ser alocado com um EBI e IP diferentes (por exemplo, EBI=9 e IP 10.62.135.145) do que o atribuído anteriormente.